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为何昆虫的成虫和幼虫完全不像?

2019-01-14 00:13:27 来源:亮剑军事网

  除了人类和其他脊椎动物外,公众似乎只了解一种发育方式,即昆虫的变态发育。比如毛毛虫变成蝴蝶、地老虎变成大甲虫、孑孓变成蚊子,等等。这种幼体和成体之间的巨大突变的确给人留下了深刻的印象,也给人带来了强烈的疑惑:在昆虫变态的时候,蛹里究竟发生了betway88?
在昆虫发育学中,黑腹果蝇是研究最彻底也最具代表性的模式物种,对它们的研究让我们清晰地了解了完全变态的整个过程。
这个过程肇始于幼虫体内独特的解剖结构,如果在高倍显微镜下解剖它们的幼虫,就能在它们体内发现一些微小而透明的盘状结构,名为“成虫盘”。
这些成虫盘对应着未来成虫身体的每一个主要结构,包括触角、口器、足和生殖器等附肢,乃至眼、翅和头胸部位的外骨骼;此外,幼虫体内还有大量“成虫细胞”,对应着成虫体内的主要脏器。

果蝇幼虫体内的成虫盘
果蝇幼虫体内的成虫盘

成虫盘、 成虫细胞与成虫的对应关系
成虫盘、成虫细胞与成虫的对应关系
成虫盘和成虫细胞是受精卵遗留的干细胞,而不是幼虫孵化后产生的新结构,它们在整个幼虫阶段都安静地休眠着,毫无生气,但随着果蝇幼虫经过第三次蜕皮进入蛹期,这些成虫盘和成虫细胞开始蠢蠢欲动,卷入一场激烈的变革:
首先是组成幼虫的绝大多数体细胞程序性死亡,瓦解成一大团富含营养的“糨糊”;同时成虫盘和成虫细胞迅速生长,前者就像缩进的收音机天线彻底展开那样,从盘状变成杆状、片状;后者则紧锣密鼓地分化出成虫的呼吸系统和消化系统,以适应更加活跃的飞行生活。
所有的完全变态昆虫都采用这样的发育机制,即成虫以成虫盘和成虫细胞的形式潜伏在幼虫体内,到蛹期逐渐展开;幼体的大部分细胞则在蛹期程序性死亡,就连神经系统都有大规模的重连,构造出全新的本能反应。因此,完全变态昆虫的幼虫与成虫几乎是两个完全不同的个体,与其说是毛毛虫破茧成蝶,不如说是成虫盘和成虫细胞破茧成蝶。
但唯一不同的是,有些蛹包被着幼虫最后一层外壳,称为被蛹,几乎没有活动能力,比如双翅目和鳞翅目;有些蛹抛弃了幼虫的外壳,在外观上很像成虫,活动能力较强,称为离蛹,比如膜翅目和鞘翅目。
到此为止,我们已经大致了解了完全变态的机理,但如此大费周章的发育历程,在进化上究竟有betway88意义呢?
不妨注意这样一个事实:变态发育是有翅昆虫近30个目的共同特征,但并非所有的变态发育都是完全变态,也有些昆虫的发育相对平缓,除了生殖系统和翅不够成熟以外,幼体与成体的生理结构没有明显区别,不经历剧烈的变化蛹期,也就是中小学课程里专门强调过的“完全变态”和“不完全变态”。

蚂蚱
直翅目的发育是最典型的不完全变态,一生之中都没有明显变化这种重要地位来自完全变态和不完全变态的一项本质区别:在不完全变态的昆虫身上,受精卵的发育一步到位,多数器官都在孵化时成形;而在完全变态的昆虫身上,受精卵先发育出一个半成品的幼虫,多数器官以成虫盘和成虫细胞的形式预存下来,到蛹期才补完发育。
所以相比不完全变态昆虫的若虫或稚虫,完全变态昆虫的幼虫更像一个延期发育的胚胎,绝大部分肉体都是胚胎的供养设备,里面的成虫盘和成虫细胞才是本体。如果类比到脊椎动物身上,毛毛虫相当于一个自力更生的蛋,毛毛虫的肉体相当于蛋黄和蛋清,成虫盘和成虫细胞相当于蛋中的胚胎,蛹期相当于孵化,羽化才是真正的新个体诞生。
在具体的适应性上,这种延期发育的特质减轻了卵的营养储备负担,也减少了幼虫的代谢负担,而且蛹期不需要进食,便于休眠,能度过艰难的时期,等等,好处不胜枚举,但最关键的是:完全变态让幼虫和成虫在生理和习性上都产生了巨大的差异,需要不同的环境,占据了不同的生态位。
这首先极大地减轻了成体和幼体在物种内部的竞争关系,即便环境不利也能避免长幼不能俱全的悲剧;进而给进化提供了难得的丰富素材:幼虫和成虫既然生活在不同的环境里,就可以在不同的领域开发不同的适应性,在更多的维度里开发新的性状,让昆虫的多样性成倍增加。

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    标签:昆虫 成虫 幼虫
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